專利名稱：用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于熔模精密鑄造的，特別涉及一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯及其制備方法。
背景技術：
陶瓷型芯作為形成精鑄件空心內腔結構的轉接件，其作用是形成精鑄件的內腔形狀，并與外形模及模殼共同保證精鑄件壁厚的尺寸精度 。鑄件澆鑄完成后，通過機械或化學溶蝕將陶瓷型芯從鑄件中清除。隨著航空發(fā)動機推重比的提高，新一代的航空發(fā)動機的渦輪前進口溫度將達到180(T2050°C，現有的鎳基、鈷基高溫合金的使用溫度已基本達到極限，無法達到使用要求。新型的超高溫合金材料如鈮硅基合金，其熔點將超過1800°C，鈮硅基合金空心葉片用型芯的承溫能力也將超過2000°C。然而目前較常使用的陶瓷型芯是氧化硅基和氧化鋁基陶瓷型芯，其最高使用溫度可以達到1650°C。目前用于高溫結構材料熔模鑄造的型芯承溫能力也大多不超過1700°C。此外，隨著氧化硅型芯內腔通道的復雜化，硅基陶瓷型芯的脫芯非常困難，脫芯周期較長，需要反復經過堿液蒸煮才能將型芯脫除，對葉片的腐蝕很大，嚴重影響了鑄件的尺寸精確度。專利CN1994964A報導了一種采用氧化鋁空心球制備的氧化鋁陶瓷型芯，該型芯的使用溫度為1550°C左右，由于型芯的機體材料中加入空心球粉后降低了型芯的體積密度，從而大大提高了型芯的可溶蝕性，但由于氧化鋁在常溫和加熱條件下幾乎不與濃酸濃堿反應，因此很難脫除。專利CN102079653A報導了一種航空發(fā)動機葉片用硅基陶瓷型芯的制備方法，該方法采用三種不同粒徑的高純二氧化硅粉為原料，通過熱壓鑄成型制備復雜陶瓷型芯，該陶瓷型芯可滿足彡1550°C的高溫下使用，但使用溫度也不超過1700°C，無法滿足鈮硅基合金熔模鑄造中對型芯較高的承溫能力的要求，而且該陶瓷型芯需要通過堿液蒸煮的方式才能脫除，對葉片有一定的腐蝕性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，是提供一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯及其制備方法，該氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯可以承受2000°C的高溫，具有優(yōu)良的高溫性能、化學穩(wěn)定性和溶蝕性，可滿足鈮硅基合金熔模鑄造的使用。本發(fā)明通過如下技術方案予以實現，具有以下步驟一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，原料組分及其質量百分比含量為30 50被％氧化鈣粉+ 50 70wt%氧化鋯粉。上述用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯的制備方法，具有以下步驟( I)混料按質量百分比稱取3(T50wt%的氧化鈣粉與5(T70wt%的氧化鋯粉，于混料機中混合2 4h ；
(2)型芯漿料的制備先將由石蠟、蜂蠟及聚乙烯組成的增塑劑加入到攪拌機中，增塑劑中蜂蠟占增塑劑總量的質量百分比為59TlO%，聚乙烯占增塑劑總量的質量百分比為3%以內，余量為石蠟；增塑劑的質量占步驟(I)的混合粉料質量的12 14%;并將攪拌機的溫度調節(jié)在120± 10°C，待增塑劑全部熔化并混合均勻后逐漸緩慢地加入步驟(I)的混合粉料，待混合粉料全部加入后再攪拌l(T40h，得到混合漿料，待混合漿料冷卻后得到料餅，備用；(3)壓鑄型芯壓鑄前將步驟(2)的料餅于110±10°C溫度下熔化，并于該溫度下保溫待用，將模具于35±5°C預熱，采用熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體；(4)型芯焙燒將步驟(3)的型芯坯體放于工業(yè)煅燒氧化鋁中埋燒，按以下升溫步驟進行排蠟與·培燒，在I 2h內從室溫升至100°C，保溫O. 5 Ih ;在2 3h內從100°C升溫至220°C，保溫2 4h ;在4 611內從220°C升溫至600°C，保溫I 2h ;在I. 5 2h內從600°C升溫至900°C，保溫O. 5 Ih ;在5 611內從900°C升溫至1300 15001，保溫6 1011 ;然后隨爐冷卻到室溫，制得
陶瓷型芯燒結體。所述制備方法步驟(I)的氧化鈣粉和氧化鋯粉的粒度為325目。所述制備方法步驟(2)的攪拌機的轉速為8(Tl20r/min。所述制備方法步驟(3)熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體的壓鑄壓力為O. 8 2. OMPa，注射時間為15 30s，保壓時間為l(T30s。該陶瓷型芯在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法f4h內就可以將型芯徹底脫除。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯及其制備方法，該陶瓷型芯可承受2000°C的高溫而不發(fā)生變形且具有良好的高溫化學惰性，同時，由于氧化鈣成分的存在，氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯具有優(yōu)良的溶蝕性。該陶瓷型芯在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法在f4h內即可將型芯快速脫除，適用于超高溫合金如鈮硅基合金的熔模澆鑄。
具體實施例方式本發(fā)明的氧化鈣粉及氧化鋯粉采用純度為大于99. 95%的原料，具體實施例如下。實施例I( I)混料按30wt%氧化鈣粉與70wt%氧化鋯粉的比例稱取325目的氧化鈣粉和氧化鋯粉，在V型混料機上混合2h。(2)型芯漿料的制備先將92wt%的石蠟、5wt%的蜂蠟與3wt%的聚乙烯組成的增塑劑加入到攪拌機中，該增塑劑的質量占步驟(I)的混合粉料質量的12% ;將攪拌機的溫度調節(jié)在110°C，攪拌機的轉速為80r/min，待增塑劑全部熔化并混合均勻后逐漸緩慢加入步驟(I)的混合粉料，待混合粉料全部加入后再攪拌10h，得到混合漿料，將混合漿料冷卻后得到料餅，備用。(3)壓鑄型芯
壓鑄前將步驟(2)的料餅在105°C的溫度下熔化并于該溫度下保溫待用，將模具在35°C預熱，采用熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體，壓鑄壓力為1.5MPa，注射時間為15s，保壓時間為20s。(4)型芯焙燒將步驟(3)的型芯坯體放于工業(yè)煅燒氧化鋁中埋燒。按以下升溫步驟進行排蠟與培燒，在a內從室溫升溫到100°c，保溫Ih ;在2. 5h內從100°C升溫到220°C，保溫此；在4h內從220°C升溫到600°C，保溫2h ;在2h內從600°C升溫到900°C，保溫Ih ;在6. 5h內從900°C升溫到1500°C，保溫6h，然后隨爐冷卻到室溫，制得陶瓷型芯燒結體。該陶瓷型芯，在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法I. 5h內就可以將型芯徹底脫除。 實施例2( I)混料按40wt%氧化鈣粉與60wt%氧化鋯粉的比例稱取325目的氧化鈣粉和氧化鋯粉，在V型混料機上混合4h。(2)型芯漿料的制備先將88wt%的石蠟、10wt%的蜂蠟與2wt%的聚乙烯組成的增塑劑加入到攪拌機中，該增塑劑的質量占步驟(I)的混合粉料質量的12% ;將攪拌機的溫度調節(jié)在110°C，攪拌機的轉速為lOOr/min，待增塑劑全部熔化并混合均勻后逐漸緩慢加入步驟(I)的混合粉料，待混合粉料全部加入后再攪拌30h，得到混合漿料。將混合漿料冷卻后得到料餅備用。(3)壓鑄型芯壓鑄前在105°C的溫度下熔化料餅并于該溫度下保溫待用，將模具在40°C預熱，采用熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體，壓鑄壓力為2. OMPa，注射時間為20s，保壓時間為30s，壓鑄成型芯坯體。(4)型芯焙燒將步驟(3)的型芯坯體放于工業(yè)煅燒氧化鋁中埋燒。按以下升溫步驟進行排蠟與培燒，在a內從室溫升溫到100°c，保溫Ih ;在2. 5h內從100°C升溫到220°C，保溫此；在4h內從220°C升溫到600°C，保溫a ;在a內從600°C升溫到900°C，保溫Ih ;在6h內從900°C升溫到1400°C，保溫8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到陶瓷型芯燒結體。該陶瓷型芯，在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法3h內就可以將型芯徹底脫除。實施例3( I)混料按50wt%氧化鈣粉與50wt%氧化鋯粉的比例稱取325目的氧化鈣粉和氧化鋯粉，在V型混料機上混合3h。(2)型芯漿料的制備先將90wt%的石蠟、8wt%的蜂蠟與2wt%聚乙烯組成的增塑劑加入到攪拌機中，該增塑劑的質量占步驟(I)的混合粉料質量的14%，并將攪拌機的溫度調節(jié)在110°C，攪拌機的轉速為120r/min，待增塑劑全部熔化并混合均勻后逐漸緩慢加入步驟(I)的混合粉料，待混合粉料全部加入后再攪拌30h，得到混合漿料。將混合漿料冷卻后得到料餅備用。
(3)壓鑄型芯壓鑄前在110°C的溫度下熔化料餅并于該溫度下保溫待用，將模具在40°C預熱，采用熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體，壓鑄壓力為l.OMPa，注射時間為30s，保壓時間為10s，壓鑄成型芯坯體。(4)型芯焙燒將步驟(3)的型芯坯體放于工業(yè)煅燒氧化鋁中埋燒。按以下升溫步驟進行排蠟與培燒，在a內從室溫升溫到100°c，保溫Ih ;在2. 5h內從100°C升溫到220°C，保溫此；在4h內從220°C升溫到600°C，保溫a ;在a內從600°C升溫到900°C，保溫Ih ;在6h內從900°C升溫到1350°C，保溫6h，然后隨爐冷卻到室溫，得到陶瓷型芯燒結體。該陶瓷型芯，在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法4h內就可以將 型芯徹底脫除。
權利要求
1.一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，原料組分及其質量百分比含量為30 50被％氧化鈣粉+ 50 70wt%氧化鋯粉。
上述用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯的制備方法，具有以下步驟 (1)混料 按質量百分比稱取3(T50wt%的氧化鈣粉與5(T70wt%的氧化鋯粉，于混料機中混合2 4h ； (2)型芯漿料的制備 先將由石蠟、蜂蠟及聚乙烯組成的增塑劑加入到攪拌機中，增塑劑中蜂蠟占增塑劑總量的質量百分比為59TlO%，聚乙烯占增塑劑總量的質量百分比為3%以內，余量為石蠟；±曾塑劑的質量占步驟(I)的混合粉料質量的12 14%;并將攪拌機的溫度調節(jié)在120±10°C，待增塑劑全部熔化并混合均勻后逐漸緩慢地加入步驟(I)的混合粉料，待混合粉料全部加入后再攪拌l(T40h，得到混合漿料，待混合漿料冷卻后得到料餅，備用； (3)壓鑄型芯 壓鑄前將步驟(2)的料餅于110±10°C溫度下熔化，并于該溫度下保溫待用，將模具于35±5°C預熱，采用熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體； (4)型芯焙燒 將步驟(3)的型芯坯體放于工業(yè)煅燒氧化鋁中埋燒，按以下升溫步驟進行排蠟與培燒，在I 2h內從室溫升至100°C，保溫O. 5 Ih ;在2 311內從100°C升溫至220°C，保溫2 4h ;在4 6h內從220°C升溫至6000C，保溫I 2h ;在I. 5 2h內從600°C升溫至900°C，保溫O. 5 Ih ；在5飛h內從900°C升溫至130(Tl500°C，保溫6 IOh ;然后隨爐冷卻到室溫，制得陶瓷型芯燒結體。
2.根據權利要求I的用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，其特征在于，所述制備方法步驟(I)的氧化鈣粉和氧化鋯粉的粒度為325目。
3.根據權利要求I的用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，其特征在于，所述制備方法步驟(2)的攪拌機的轉速為8(Tl20r/min。
4.根據權利要求I的用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，其特征在于，所述制備方法步驟(3)熱壓鑄法壓制陶瓷型芯坯體的壓鑄壓力為O. 8^2. OMPa，注射時間為15 30s，保壓時間為l(T30s。
5.根據權利要求I的用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，其特征在于，該陶瓷型芯在鈮硅基合金熔模鑄造過程中，采用沸水蒸煮的方法f4h內就可以將型芯徹底脫除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鈮硅基合金熔模鑄造的氧化鈣與氧化鋯復合陶瓷型芯，所述陶瓷型芯的原料組分及其質量百分比含量為30~50wt%的氧化鈣粉與50~70wt%的氧化鋯粉，外加12~14wt%增塑劑，增塑劑的原料組分及其質量百分比含量為蜂蠟5~10wt%，聚乙烯﹥0且≤3wt%，其余為石蠟。通過混料、制備型芯漿料、壓鑄型芯和型芯焙燒工藝制備而成。本發(fā)明所制備的陶瓷型芯可承受2000℃的高溫而不發(fā)生變形，具有良好的高溫化學惰性，適用于超高溫合金如鈮硅基合金的熔模鑄造。該陶瓷型芯采用沸水蒸煮的方法在1~4h內即可將型芯快速脫除。
文檔編號C04B35/622GK102815940SQ201210312979
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權日2012年8月29日
發(fā)明者李志宏, 張芳芳 申請人:天津大學